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彈性變形,屈服變形,加工硬化(均勻塑性變形),不均勻集中塑性變形。

真應變 e=ln(L/L0)=ln(1+ε) ;真應力 s=σ(1+ε)= σ*eε 指數e為真應變。

評價材料彈性的好壞。

包申格效應:金屬材料經預先加載產生少量塑性變形,再同向加載,規定殘余伸長應力增加;反向加載,規定殘余伸長應力降低的現象。

滯彈性:(彈性后效)是指材料在快速加載或卸載后,隨時間的延長而產生的附加彈性應變的性能。

金屬材料在交變載荷作用下吸收不可逆變形功的能力,稱為金屬的循環韌性,也叫內耗

理想彈性變形具有單值性、可逆性,瞬時性。但由于實際金屬為多晶體并存在各種缺陷,彈性變形時,并不是完整的。

單晶體和多晶體金屬的彈性模量,主要取決于金屬原子本性和晶體類型。

服和連續屈服;

屈服強度:表征材料對微量塑性變形的抗力

規定的原始標距百分比時的應力。

完全理想彈性體,n=0,沒有硬化能力;K——硬化系數

縮頸是:韌性金屬材料在拉伸試驗時變形集中于局部區域的特殊現象。

抗拉強度:韌性金屬試樣拉斷過程中最大試驗力所對應的應力。代表金屬材料所能承受的最大拉伸應力,表征金屬材料對最大均勻塑性變形的抗力。與應變硬化指數和應變硬化系數有關。等于最大拉應力比上原始橫截面積。

的冷熱變形也十分敏感;與應變硬化速率并不相等。

放射區匯聚方向指向裂紋源。

脆性斷裂:基本不產生塑性變形,危害性大。低應力脆斷,工作應力很低,一般

穿晶斷裂:裂紋穿過晶內,可以是韌性斷裂,也可以是脆性斷裂,斷口明亮。

沿晶斷裂:裂紋沿晶界擴展,都是脆性斷裂,由晶界處的脆性第二相等造成,斷口相對灰暗。穿晶斷裂和沿晶斷裂可混合發生。高溫下,多由穿晶斷裂轉為沿晶韌性斷裂。

沿晶斷裂斷口:斷口冰糖狀;若晶粒細小,斷口呈晶粒狀。

剪切斷裂:材料在切應力作用下沿滑移面滑移分離而造成的斷裂。(滑斷、微孔聚集型斷裂)

作用下材料沿某個原子面分開的過程。

格里菲思理論:從熱力學觀點看,凡是使能量減低的過程都將自發進行,凡使能量升高的過程必將停止,除非外界提供能量。Griffth指出,由于裂紋存在,系統彈性能降低,與因存在裂紋而增加的表面能平衡。如彈性能降低足以滿足表面能增加,裂紋就會失穩擴展,引起脆性破壞。

多數金屬的斷裂包括裂紋的形成和擴展兩個階段。

按斷裂的性態:韌性斷裂和脆性斷裂;按裂紋擴展路徑:穿晶斷裂和沿晶斷裂;按斷裂機制:解理斷裂和剪切斷裂韌性斷裂和脆性斷裂:根據材料斷裂前產生的宏觀塑性變形量的大小來確定。通常脆性斷裂也會發生微量的塑性變形,一般規定斷面收縮率小于5%則為脆性斷裂。反之大于5%的為韌性斷裂。

解理斷裂總是脆性斷裂,但脆性斷裂不一定是解理斷裂。

不同點:①準解理小刻面不是晶體學解理面②解理裂紋常源于晶界,準解理裂紋常源于晶內硬質點。準解理不是一種獨立的斷裂機理,而是解理斷裂的變種。

硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標。

壓入法——表征塑性變形抗力及應變硬化能力

壓痕相似原理:只用一種標準的載荷和鋼球直徑,不能同時適應硬的材料或者軟的材料。為保證不同載荷和直徑測量的硬度值之間可比,壓痕必須滿足幾何相似。

優點:壓頭直徑較大→壓痕面積較大→硬度值可反映金屬在較大范圍內各組成相的平均性能,不受個別組成相及微小不均勻性的影響。

缺點:壓痕較小,代表性差;材料若有偏析及組織不均勻等缺陷,測試值重復性差,分散度大;用不同標尺測得的硬度值沒有聯系,不能直接比較。

維氏硬度:原理與布氏硬度試驗相同,根據單位面積所承受的試驗力計算硬度值。不同的是維氏硬度的壓頭是兩個相對面夾角α為136°的金剛石四棱錐體。

努氏硬度:與維氏硬度的區別1)壓頭形狀不同;2)硬度值不是試驗力除以壓痕表面積,而是除以壓痕投影面積

肖氏硬度:一種動載荷試驗法,原理是將一定質量的帶有金剛石圓頭或鋼球的重錘,從一定高度落于金屬試樣表面,根據重錘回跳的高度來表征金屬硬度值大小,也稱回跳硬度。用HS表示。

沖擊韌性:指材料在沖擊載荷作用下吸收塑性變形功和斷裂功的能力,常用標準試樣的沖擊吸收功AK表示。

低溫脆性:體心立方或某些密排六方晶體金屬及合金,當試驗溫度低于某一溫度tk或溫度區間時,材料由韌性狀態變為脆性狀態,沖擊吸收功明顯下降,斷裂機理由微孔聚集變為穿晶解理,斷口特征由纖維狀變為結晶狀。tk或溫度區間稱為韌脆轉變溫度,又稱冷脆轉變溫度。

韌脆的評價方法:材料的缺口沖擊彎曲試驗,材料的沖擊韌性

韌脆的影響因素:溫度(低溫脆性);應力狀態(三向拉應力狀態);變形速度的影響(沖擊脆斷)低溫脆性的本質:低溫脆性是材料屈服強度隨溫度降低急劇增加的結果。屈服強度σs的隨溫度降低而升高,而斷裂強度σc隨溫度變化很小。t>tk ,σc >σs ,先屈服再斷裂;t

晶體結構:體心立方金屬及其合金存在低溫脆性。普通中、低強度鋼的基體是體心立方點陣的鐵素體,故這類鋼有明顯的低溫脆性。

動,致σs升高,鋼的韌脆轉變溫度提高。

顯微組織:晶粒大小,細化晶粒使材料韌性增加;減小亞晶和胞狀結構尺寸也能提高韌性。

疲勞:金屬機件在變動應力和應變長期作用下,由于積累損傷而引起的斷裂現象。

疲勞按環境和接觸情況:大氣疲勞、腐蝕疲勞、高溫疲勞、熱疲勞及接觸疲勞等。

疲勞按應力高低和斷裂壽命分:高周疲勞和低周疲勞。

疲勞的特點:該破壞是一種潛藏的突發性破壞,在靜載下顯示韌性或脆性破壞的材料在疲勞破壞前均不會發生明顯的塑性變形,呈脆性斷裂。

疲勞對缺口、裂紋及組織等缺陷十分敏感,即對缺陷具有高度的選擇性。因為缺口或裂紋會引起應力集中,加大對材料的損傷作用;組織缺陷(夾雜、疏松、白點、脫碳等),將降低材料的局部強度,二者綜合更加速疲勞破壞的起始與發展。

疲勞宏觀斷口的特征:疲勞斷裂經歷了裂紋萌生和擴展過程。由于應力水平較低,因此具有較明顯的裂紋萌生和穩態擴展階段,相應的斷口上也顯示出疲勞源、疲勞裂紋擴展區與瞬時斷裂區的特征。

位置:多出現在機件表面,常和缺口、裂紋、刀痕、蝕坑等缺陷相連。但若材料內部存在嚴重冶金缺陷(夾雜、縮孔、伯析、白點等),也會因局部材料強度降低而在機件內部引發出疲勞源。

特點:因疲勞源區裂紋表面受反復擠壓,摩擦次數多,疲勞源區比較光亮,而且因加工硬化,該區表面硬度會有所提高。

數量:機件疲勞破壞的疲勞源可以是一個,也可以是多個,它與機件的應力狀態及過載程度有關。如單向彎曲疲勞僅產生一個源區,雙向反復彎曲可出現兩個疲勞源。過載程度愈高,名義應力越大,出現疲勞源的數目就越多。

展快饅、擠壓摩擦程度上的差異。

狀貝紋線痕跡。

較慢;遠離疲勞源區貝紋線較稀疏、粗糙,表明此段裂紋擴展較快。

影響因素:貝紋區的總范圍與過載程度及材料的性質有關。若機件名義應力較高或材料韌性較差,則疲勞區范圍較小,貝紋線不明顯;反之,低名義應力或高韌性材科,疲勞區范圍較大,貝紋線粗且明顯。貝紋線的形狀則由裂紋前沿線各點的擴展速度、載荷類型、過載程度及應力集中等決定。

瞬斷區是裂紋失穩擴展形成的區域。在疲勞亞臨界擴展階段,隨應力循環增加,裂紋不斷增長,當增加到臨界尺寸ac時,裂紋尖端的應力場強度因子KI達到材料斷裂韌性KIc(Kc)時。裂紋就失穩快速擴展,導致機件瞬時斷裂。

韌性材料斷口,在心部平面應變區呈放射狀或人字紋狀,邊緣平面應力區則有剪切唇區存在。

位置:瞬斷區一般應在疲勞源對側。但對旋轉彎曲來說,低名義應力時,瞬斷區位置逆旋轉方向偏轉一角度;高名義應力時,多個疲勞源同時從表面向內擴展,使瞬斷區移向中心位置。

疲勞曲線的測定——升降法測定疲勞極限

裂紋萌生往往在材料薄弱區或高應力區,通過不均勻滑移、微裂紋形成及長大而完成。

疲勞微裂紋常由不均勻滑移和顯微開裂引起。主要方式有:表面滑移帶開裂;第二相、夾雜物與基體界面或夾雜物本身開裂;晶界或亞晶界處開裂。

從滑移開裂產生疲勞裂紋形成機理看,只要能提高材料滑移抗力(固溶強化、細晶強化等),均可阻止疲勞裂紋萌生,提高疲勞強度。

第二相或夾雜物可引發疲勞裂紋的機理來看,只要降低第二相或夾雜物脆性,提高相界面強度,控制第二相或夾雜物的數量、形態、大小和分布、使之“少、圓、小、勻”,均可抑制或延緩疲勞裂紋在第二相或夾雜物附近萌生,提高疲勞強度。

從晶界萌生裂紋來看,凡使晶界弱化和晶粒粗化的因素,如晶界有低熔點夾雜物等有害元素和成分偏析、回火脆、晶界析氫及晶粒粗化等,均易產生晶界裂紋、降低疲勞強度;反之,凡使晶界強化、凈化和細化晶粒的因素,均能抑制晶界裂紋形成,提高疲勞強度。

表面狀態的影響:應力集中——機件表面缺口因應力集中往往是疲勞策源地,引起疲勞斷裂,可用Kf與qf表征缺口應力集中對材料疲勞強度的影響。Kf與qf越大,材料的疲勞強度就降得越低。且這種影響隨材料強度的增高,更加顯著。

表面強化的影響——表面強化可在機件表面產生殘余壓應力,同時提高強度和硬度。兩方面的作用都會提高疲勞強度。(方法:噴丸、滾壓、表面淬火、表面化學熱處理)硬度由高到低的順序:滲氮→滲碳→感應加熱淬火;強化層深度由高到低順序:表面淬火→滲碳→滲氮。

材料成分及組織的影響:疲勞強度是對材料組織結構敏感的力學性能。合金成分、顯微組織、非金屬夾雜物及冶金缺陷

循環硬化和循環軟化現象與位錯循環運動有關。

在一些退火軟金屬中,在恒應變幅的循環載荷下,由于位錯往復運動和交互作用,產生了阻礙位錯繼續運動的阻力,從而產生循環硬化。

在冷加工后的金屬中,充滿位錯纏結和障礙,這些障礙在循環加載中被破壞;或在一些沉淀強化不穩定的合金中。由于沉淀結構在循環加載中校破壞均可導致循環軟化。